[发明专利]基于二维硒化铟和黑磷的范德瓦尔斯异质结的光探测器及其制备

说明书

本发明涉及基于二维硒化铟和黑磷的范德瓦尔斯异质结的光探测器及其制备，该光探测器包括硅衬底和设置于硅衬底上面的二氧化硅氧化层，二氧化硅氧化层上设置有p型黑磷层，p型黑磷层上面设置有n型硒化铟层，p型黑磷层和n型硒化铟层构成范德瓦尔斯p‑n异质结；n型硒化铟层上设置有漏极电极，所述p型黑磷层上设置有源极电极，硅衬底上与二氧化硅氧化层相对的一面设置有栅极电极。本发明中n型硒化铟与p型黑磷形成p‑n异质结，界面处内建电场可以实现电子和空穴载流子的快速分离，减小载流子复合几率进而减小器件暗电流，有利于降低探测器噪声和提高响应速度。

技术领域

本发明涉及一种基于二维n型硒化铟和p型黑磷的范德瓦尔斯异质结的光探测器及其制备方法，可以实现低噪声、高响应度、快响应、宽光谱的光探测，属于光探测技术领域。

背景技术

单个探测器能够在宽光谱范围内实现高效的光探测具有重要的应用价值，在很多领域有广泛的应用，包括光通信、红外成像、遥感、环境监测、光谱分析、天文探测等。以往探测不同波段的探测器只能基于具有不同禁带宽度的材料，比如，GaN常被用于紫外光探测、Si用于可见光探测、InGaAs用于近红外光探测，而中红外光探测需要依赖于窄带隙的半导体化合物，如HgCdTe、PbS和PbSe。为了在一定程度上实现宽光谱光探测，需要将适用于探测不同波段的多个探测器集成在一起，并且确保这些探测器同步工作，导致器件结构和工艺相当复杂。

二维半导体叠加组成的范德瓦尔斯p-n异质结是近年发展起来的一种新型异质结，它可以通过内建电场实现载流子的有效分离，从而获得高的内/外量子效率和光电转换效率等，为制备高响应度、低噪声、快响应光探测器开辟了一条新的途径。

目前二维半导体范德瓦尔斯p-n异质结主要面临以下几个问题：1)常用的二维层状过渡金属硫属化物(简称TMDCs)材料主要为n型，并且电子迁移率低(电子有效质量大)、吸光发光效率低(单层为直接带隙，多层为间接带隙)等导致其异质结电学输运性能和光电性能等没有达到理想效果，从而限制了其进一步优化提高；2)虽然部分p型MoS₂和WSe₂等TMDCs可以通过CVD生长掺杂或电场调控等实现，但是掺杂原子引入大大降低了材料质量进而减小空穴迁移率，而电场调控则增大了器件复杂性等；3)TMDCs之外GaSe为常见的p型半导体，但是其带隙大于2eV，从而限制了其在可见光和近红外波段的应用。所以选择具有高载流子迁移率和合适带隙组合的n型和p型二维材料形成p-n结是制备高性能、宽光谱范德瓦尔斯异质结光探测器的核心。